Температурный выброс пути

Температурный выброс пути — характерное изменение пути в плане в результате самопроизвольной разрядки температурного напряжения в рельсах железнодорожного пути. За время около 0,2 с образуется резкое искривление рельсов (до 0,3—0,5 м на длине 20—40 м) с несколькими волнами в горизонтальной плоскости. Рельсы приобретают остаточные деформации и становятся непригодными для работы в пути, часть шпал раскалывается, щебень с балластной призмы отбрасывается. Выброс пути является серьёзной угрозой безопасности движения поездов, при возникновении выброса пути движение поездов на участке закрывается.

Одной из версий крушения поезда «Аврора» являлся выброс пути.

Причины образования

Рельс длиной l, нагретый на Δt, удлинился бы на величину λ_t:

$\lambda_t=\alpha l\Delta t$,

где α = 11,8·10^-6 °C^-1 — коэффициент температурного расширения стали.

Однако удлинению рельса препятствуют сила трения в накладках стыка и силы сопротивления в опорах. Для упрощения расчётов силы сопротивления в опорах заменяются погонным сопротивлением p – суммой сил сопротивления отнесённой к длине участка. В рельсе образуется деформация сжатия:

$\lambda_\sigma=\frac{P_H l}{EF}$,

где P_H – сила сопротивления в стыке;
E = 2,06·10⁵ МПа — модуль упругости рельсовой стали;
F — площадь сечения рельса.

Приравнивая λ_t=λ_σполучаем температурный перепад, при котором преодолевается сила трения в накладках:

$\alpha l\Delta t=\frac{P_H l}{EF}$,

отсюда

$\Delta t=\frac{P_H}{\alpha EF}$

На концах рельса появятся подвижные участки длиной l_t, которые по мере возрастания температурного перепада будут увеличиваться, а в середине рельс останется неподвижным. Сила, препятствующая удлинению рельса:

$P=P_H+pl_t$.

Если годовые температурные деформации рельсов превышают наибольшие конструктивные зазоры (21 мм для Р50 и 23 мм для Р65 и Р75), то зимой зазоры растягиваются, и возникает опасность среза стыковых болтов, а летом зазоры замыкаются, и возникает торцевое давление рельсов друг на друга. При этом в рельсе могут возникать значительные сжимающие силы, которые при неблагоприятных обстоятельствах могут привести к нарушению устойчивости пути — температурному выбросу.

Предотвращение

При укладке звеньевого пути стыковые зазоры должны устанавливаться в зависимости от температуры рельсов во время укладки. При эксплуатации звеньевого пути, по условию его устойчивости, допускается иметь не более двух нулевых зазоров подряд, кроме случаев, когда эти зазоры являются номинальными.

В бесстыковом пути удлиняются или укорачиваются только концы рельсовых плетей, средняя часть плети остаётся неподвижной. Возникающее в неподвижной части рельса напряжение σ не зависит от типа и длины рельса.

$\sigma=\frac{P}{F}=\alpha E\Delta t$.

Изменение температуры рельса на 1 °С вызывает изменение напряжения на 2,5 МПа. При движении подвижного состава растягивающие напряжения в рельсе достигают 100—140 МПа, сжимающие – 120—160 МПа.

Бесстыковые рельсовые плети закрепляются в определённом температурном интервале. По условиям прочности рельса и устойчивости пути определяются допустимые напряжения растяжения и сжатия и соответствующие им перепады температур Δt_р и Δt_с. Отнимая от наивысшей температуры рельса Δt_р получаем минимальную температуру закрепления, прибавляя к минимальной температуре рельса Δt_с — максимальную температуру закрепления. Закрепление рекомендуется производить при температуре лежащей в верхней трети расчётного температурного интервала.

При отличии температуры рельса при закреплении от оптимальной, рельсовая плеть вводится в температурный режим путём принудительного изменения её длинны при помощи гидравлического натяжного устройства. Если диапазон температур закрепления меньше 7—10 °C или даже отрицательный, то эксплуатация бесстыкового пути температурно-напряжённого типа невозможна без разрядок напряжения. Для этого используются уравнительные плети, рельсы в которых периодически заменяются на более длинные или более короткие, либо уравнительные приборы.

Литература

Железнодорожный путь / Т. Г. Яковлева, Н. И. Карпущенко, С. И. Клинов, Н. Н. Путря, М. П. Смирнов; под ред. Т. Г. Яковлевой. М.: Транспорт. 1999. 405 с.

Ссылки

Фотография: температурный стык